金刚石与磨料磨具工程

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砂轮修整技术的发展

崔仲鸣

2021, 41(3): 1-4.

摘要(247)

PDF 740KB(33)

摘要:

基于磨削法的金刚石磨料工具精密修磨技术

崔仲鸣, 冯常财, 庄召鹏, 王星, 赫青山

2021, 41(3): 5-11. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0001

摘要(411)

PDF 1491KB(28)

摘要:
对磨削法修磨复杂形面金刚石磨料工具的技术进行研究。使用光学影像磨床，采用形面组合法对典型复杂形面金刚石工具进行修磨应用试验；通过理论分析、试验以及对修磨形貌显微观察等手段分析修磨机理；对修磨基本工艺、修磨效率和修磨精度的影响进行试验研究，并确定其相关规律。研究结果表明：磨削法修磨去除机理是通过磨粒接触面内局部接触点产生的高应力使金刚石表面发生微破碎，因此采用基于磨削法的精密修磨技术具有高效率和高精度的优点；对修整效果的主要影响因素是修磨切深、修磨速度、修磨砂轮等；单一元素形面修磨精度可以达到0.002 5 mm，角度5′以内，整体形面轮廓精度可以达到0.005 mm以内，修整砂轮后采用切入磨削工件加工，其表面粗糙度可以达到0.120 μm以下。

金刚石砂轮的ECD修锐和整形研磨及其对硬脆材料的加工

康喜军, 田牧纯一, 久保明彦, 邱亦睿, 黄鹏

2021, 41(3): 12-18. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0002

摘要(419)

PDF 1955KB(24)

摘要:
为研究金属结合剂金刚石砂轮切削刃修锐整形对硬脆材料加工表面形态的影响，先通过接触放电法对SD600金属结合剂砂轮切削刃进行修锐，再用整形研磨方法对砂轮表面金刚石磨粒的不同切削刃高度进行整形研磨，最后用修整好的砂轮磨削加工用于光学设备的硼硅玻璃、石英玻璃、石英晶体和蓝宝石等几种硬脆材料。结果表明：硬脆材料粗糙度的改善程度取决于材料的种类，硼硅玻璃、石英玻璃、石英晶体、蓝宝石的最大粗糙度R_y比砂轮整形前的分别减少了44%、34%、30%、26%，且石英晶体材料几乎可以实现延性磨削。

六方氮化硼直接转化合成多晶立方氮化硼的研究

王永凯, 位星, 王大鹏, 魏朝阳, 刘红伟, 鲁翠莲, 张相法

2021, 41(3): 19-22. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0003

摘要(540)

PDF 1463KB(24)

摘要:
以六方氮化硼为初始材料，采用直接转化法在9～15 GPa、1 500～2 100 ℃的条件下合成多晶立方氮化硼。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、维氏硬度计，对多晶立方氮化硼块材的微观结构和力学性能进行表征。结果表明：在合适的温度、压力条件下，六方氮化硼可转化为纯相多晶立方氮化硼，其晶粒尺寸最小约为70 nm ，最大可达10 μm以上；在温度相同条件下，多晶立方氮化硼块材的晶粒尺寸随着合成压力的升高而减小，硬度随着合成压力的升高而增大，最高硬度可达64.45 GPa。

聚晶金刚石的研究进展与展望

邹芹, 向刚强, 王瑶, 李艳国, 尹育航, 李静

2021, 41(3): 23-32. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0004

摘要(995)

PDF 1455KB(132)

摘要:
聚晶金刚石(polycrystalline diamond，PCD)是以金刚石为骨架材料，以结合剂为黏结材料，在高压高温条件下烧结而成的复合材料。因其拥有优异的硬度与良好的耐磨性能，被广泛应用于刀具、拉丝模等领域。本文概述了PCD的结合剂种类、制备方法、影响性能的因素，分别介绍了金属型、陶瓷型和金属-陶瓷型等3种不同结合剂PCD的结合机理及优缺点，并对比分析了不同制备方法的差异。其中金属-陶瓷型PCD因综合了金属与陶瓷的优良性能而成为一个重要的研究方向。

绕丝结构砂轮磨削沟槽结构化表面

唐成志, 吕玉山, 李兴山, 蒋坤良, 齐永超

2021, 41(3): 33-39. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0005

摘要(336)

PDF 1926KB(11)

摘要:
为磨削出微沟槽结构化表面，设计一种将金刚石丝锯紧密缠绕在基体上的新型砂轮，提出相应的结构砂轮平面磨削沟槽结构的方法。首先，建立砂轮几何模型与数学模型并得出磨粒运动轨迹方程；其次，理论分析磨削沟槽表面的创成机理及磨削参数对沟槽形貌的影响；最后，通过仿真和实验验证新型砂轮磨削沟槽结构的可行性和不同磨削参数下的沟槽结构形态。研究结果表明：绕丝结构化砂轮可以平面磨削出结构化沟槽表面，且改变磨削用量能磨出不同尺寸的参数与排布的沟槽结构。

3D打印金刚石工具的研究进展

张云鹤, 黄景銮, 宋运运, 陆静, 李彩虹

2021, 41(3): 40-47. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0006

摘要(492)

PDF 1463KB(30)

摘要:
3D打印技术作为一种快速成形技术，为复杂结构金刚石工具的制备提供了便利，是未来金刚石工具一体化成形发展的方向之一。本文介绍了用于制备金刚石工具的SLS、SLM、SLA、DIW等3D打印技术的基本原理及其在金刚石工具制备方面的研究进展，分析了使用不同结合剂时3D打印金刚石工具的特点，并对未来金刚石工具的发展进行了展望。

陶瓷结合剂研磨盘制备及研磨蓝宝石性能研究

路家斌, 聂小威, 阎秋生, 陈海阳

2021, 41(3): 48-54. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0007

摘要(470)

PDF 1807KB(42)

摘要:
为提高蓝宝石基片的研磨效率和质量，研制2种不同硬度的陶瓷结合剂固结金刚石研磨丸片并制作了相应的研磨盘，对蓝宝石基片进行研磨工艺试验以评估其研磨性能。结果表明：研磨时间延长，蓝宝石的材料去除率(R_MRR)和表面粗糙度(R_a)均逐渐降低最后趋于稳定；研磨盘转速提高，2种研磨盘获得的工件材料去除率均先升高后降低，在研磨盘转速为60 r/min时达到最高，分别为1.81 μm/min和1.27 μm/min，但工件表面粗糙度则持续降低；研磨压力增大，2种研磨盘获得的工件材料去除率持续升高，在研磨压力为34.5 kPa时达到最高，分别为2.03 μm/min和1.49 μm/min，且此时的蓝宝石基片表面粗糙度最低分别为0.165 μm和0.141 μm。对比2种硬度的研磨盘磨损性能可以发现，研磨盘的硬度越高，其材料去除效率越高，研磨盘磨耗比越高，但研磨后的工件表面粗糙度相对较高。

单晶硅裂纹萌生的刻划深度研究

陈自彬, 葛梦然, 毕文波, 张晨政, 葛培琪

2021, 41(3): 55-59. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0008

摘要(674)

PDF 1392KB(74)

摘要:
单晶硅作为典型的脆性材料，实现其塑性域去除加工的关键是使切削深度小于裂纹萌生切削深度。采用断裂强度理论，建立单晶硅刻划加工时的径向裂纹、中位裂纹和横向裂纹萌生刻划深度计算方法，计算得到裂纹萌生的刻划深度和划痕深度。设计高速刻划单晶硅的玻氏压头试验装置，并进行单晶硅片刻划试验，实测其径向裂纹萌生的划痕深度，其划痕深度计算值与试验测量值一致性较好。

金刚石线锯切割碳化硅陶瓷的机理与工艺研究

陈勇彪, 张松辉, 张晓红, 尉迟广智, 段佳, 蒋如意, 周莹英

2021, 41(3): 60-67. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0009

摘要(464)

PDF 2134KB(39)

摘要:
通过金刚石线锯切割碳化硅陶瓷的单因素试验设计，研究线速度、进给速度、进给速度与线速度比值R等工艺参数对其表面质量的影响规律，并通过超景深三维显微镜、精密粗糙度轮廓仪对其表面形貌、表面粗糙度进行观察和测量。结果表明：当线速度从0.4 m/s增加到1.3 m/s时，碳化硅陶瓷的表面形貌明显改善，进给方向和线锯方向的表面粗糙度分别下降了20.35%和10.45%；当进给速度从6 μm/s增加到24 μm/s时，其表面形貌由好转差，进给方向与线锯方向的表面粗糙度分别上升了12.07%和3.91%；当进给速度与线速度增加但两者比值R固定为2×10^-5时，碳化硅陶瓷的表面质量基本维持在同一水平。

增强纤维对超薄超硬树脂砂轮切割偏摆问题的影响

杜晓旭, 李大水, 李彩虹, 赵金伟, 刁银艳, 王思亮, 吴磊涛, 雷来贵, 郝素叶

2021, 41(3): 68-73. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0010

摘要(378)

PDF 1735KB(33)

摘要:
针对树脂超薄超硬砂轮切割偏摆幅度较大的问题，研究碳纤维、玻璃纤维及两者混杂对树脂超薄超硬切割砂轮切割偏摆的影响，并对其影响机理进行分析。试验结果表明：加入碳纤维有利于提高砂轮的抗折强度，加入玻璃纤维有利于降低砂轮的切割阻力，碳纤维和玻璃纤维两者混杂可有效降低砂轮的切割偏摆幅度。当加入体积分数为15%的直径为7.6 μm、长度为100 μm的碳纤维和体积分数为5%的直径为15.0 μm、长度为120 μm的玻璃纤维时，可有效降低砂轮的切割偏摆幅度，其偏摆幅度最小可达0.006 7 mm，满足生产要求，切割偏摆性能达到最优。

基于金刚石固结磨具的圆柱滚子高效研磨工艺研究

雷阳, 杨晓光, 冯凯萍, 周兆忠, 袁巨龙

2021, 41(3): 74-81. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0011

摘要(431)

PDF 1741KB(20)

摘要:
针对圆柱滚子高精密研磨加工过程中效率低下的问题，在双平面偏心盘式圆柱滚子抛光方法基础上，提出基于金刚石固结磨料磨具的圆柱滚子研磨方法。自制金刚石丸片，用上下盘黏附的金刚石丸片对圆柱滚子进行超精密研磨加工，研究丸片中不同金刚石微粉粒度代号、砂结比及研磨液黏度对圆柱滚子表面粗糙度、材料去除率、平均圆度误差及批直径变动量的影响。结果表明：圆柱滚子的材料去除率和表面粗糙度均随金刚石微粉粒度代号增大而增大；金刚石丸片的砂结比太大或太小都会导致圆柱滚子材料去除率下降，进而影响其表面粗糙度；合适的研磨液黏度，可以改善研磨时的润滑性能，防止大颗粒磨粒划伤工件表面。当金刚石微粉粒度代号为M2/4，丸片砂结比为1.6，研磨液黏度为5.380 mPa·s时，圆柱滚子的材料去除率达1.70 μm/min，表面粗糙度R_a从0.081 μm下降到0.025 μm，平均圆度误差从1.085 μm下降为0.553 μm，批直径变动量R_DWL从6 μm 下降为2 μm，圆柱滚子研磨效率和精度显著提高。

5G覆铜板叠层复合材料高效切磨工艺试验研究

高航, 杨勇, 许启灏, 汪佳乐, 王勇

2021, 41(3): 82-88. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0012

摘要(284)

PDF 2445KB(14)

摘要:
为解决5G覆铜板叠层复合材料板材现有的冲压剪切工艺毛刺飞边严重的问题，提出采用烧结金刚石开槽薄片砂轮切磨工艺替代剪切工艺的方法，在分析设计开槽砂轮结构参数的基础上，研制相应的烧结金刚石开槽薄片砂轮，试验研究不同工艺参数对切磨过程上下表面覆铜层加工毛刺的影响规律和磨削区温度的变化规律。试验结果表明：单位Z向磨削力随磨削速度的增大而增大，随进给速度的增大而减小，随砂轮切入角度的增大先增大后减小；且毛刺飞边高度的变化趋势与单位Z向磨削力的变化趋势相反。磨削温度随磨削速度和进给速度的增大而升高，随砂轮切入角度的增大先升高后降低。切磨5G覆铜板的最优参数组合是磨削速度为34.56 m/s，进给速度为1 200 mm/min，砂轮切入角度为22.0°，在此参数下加工既能保证毛刺飞边高度小于300 μm，又能兼顾较低的磨削区温度。

静电雾化微量润滑粒径分布特性与磨削表面质量评价

贾东洲, 张乃庆, 刘波, 周宗明, 王绪平, 张彦彬, 毛聪, 李长河

2021, 41(3): 89-95. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.3.0013

摘要(600)

PDF 1595KB(76)

摘要:
针对微量润滑(minimum quantity lubrication, MQL)依靠的高压气体雾化微液滴粒径细化程度低、易飞逸飘散，有效利用率低以及对环境和人员健康产生危害的问题，提出气辅式静电微量润滑(electrostatic minimum quantity lubrication, EMQL)雾化新方法。开展多工况雾化性能对比试验，并对镍基合金磨削表面质量进行评价。结果表明：润滑剂荷电后雾化性能得到显著提高，在降低液滴平均体积粒径和分布跨度的同时，降低了悬浮可吸入小液滴(PM₁₀)的质量浓度，且电压越高PM₁₀质量浓度越低。当电压为35 kV时, 润滑剂的雾化效果最理想，平均体积粒径和分布跨度分别降低了27.343%和41.456%，PM₁₀质量浓度降低了5.065个百分点。磨削试验结果表明：相较气动雾化微量润滑，静电雾化微量润滑获得了更为理想的工件表面质量；当电压为35 kV时，工件表面粗糙度R_a和R_Sm分别为0.377 μm 和0.084 mm; 干磨削工件表面质量极差，出现大量黏附和剥落现象，甚至有大面积的表面材料撕裂，因此干磨削不适用于高温镍基合金加工。